[发明专利]一种基于MRI数据的脑血流自动化分析系统

说明书

本发明属医学影像后续处理分析技术领域，涉及脑血流自动化分析系统，具体涉及一种基于MRI数据的脑血流自动化分析系统，本发明提出了一种针对临床医生的三维血流动力学自动化计算流程，该计算程序包括模型预处理模块、示踪颗粒模块、径迹统计模块、骨架提取模块、网格化分模块以及流体求解模块。本分析系统主程序基于python语言，复杂功能模块基于C++封装为动态库供主程序调用。所述流程只需要临床医生提供血管stl模型，并指定模型中血流的进出口面和相应的边界条件，程序可自动执行输出血流场量结果，通过与临床医生尽可能少的交互完成血流仿真计算，极大地方便临床医生使用物理仿真技术辅助手术方案。

技术领域

本发明属医学影像后续处理分析技术领域，涉及脑血流自动化分析系统，具体涉及血管三维模型处理和三维流体动力学仿真，尤其是一种基于MRI数据的脑血流自动化分析系统，本发明提出了一种针对临床医生的三维血流动力学自动化计算流程，将血流计算中涉及到非临床医生领域的算法改进后封装，只要求临床医生提供必要的医学参数，然后整个计算流程将自动执行计算并给出血流速度切应力等三维场量结果，极大地方便临床医生使用物理仿真技术辅助手术方案。

背景技术

目前研究认为血流动力学因素在动脉瘤的发生、发展以及破裂过程中起重要作用，业内共识，通过物理仿真技术了解动脉瘤的血流动力学参数可以有效地指导手术方案，现有技术的血流的三维物理仿真技术基于计算流体力学方法(CFD)。

CFD基本思想是将原来在时间域和空间域上联系的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合代替，通过依据控制方程将这些离散点上的变量组建为代数方程组，通过该种数值模拟得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量(如速度、压力等)的分布以及该些物理量随时间的变化情况。目前利用CFD软件仿真血流动力学主要分为以下流程：首先利用医学图像处理软件例如Mimics，将由临床采集的DICOM格式图像转化，重建患者血管三维几何(STL格式)保存；然后将三维血管几何导入计算流体网格划分软件如ANSYS—ICEM生成数值模拟用计算网格；然后针对模型入口和出口需要设置边界条件，如：血压、血液流速、流量等；设置血液和血管壁的属性参数，如：密度、粘度、弹性等；最后开始计算到收敛后提取可视化参数，数值模拟研究的可靠性取决于上述步骤是否完全正确进行。实践显示，基于CFD进行血流分析的典型程序是SimVascular[1]，需要大量的人机交互才能得到结果。

现有技术中，有关数值仿真属交叉学科的研究，血流计算基于CFD程序，血管壁的力学分析基于CAE程序，整个分析过程涉及流体力学、数学、计算机软件、计算机仿真、有限元法、材料学、拓扑学、医学等，使用商业软件分析的流程偏力学专业，因此上述研究方法尚未在临床工作中大量推广，如仿真过程中最为重要的区域离散过程与临床医生的专业技能相去甚远，需要专业的CAE工程师对流体区域或者固体区域划分计算网格然后才能进行计算求解，网格质量直接决定了结果准确度。

基于现有技术的现状，本申请的发明人拟提供一种血液动力学问题的自动化计算流程，主要包括骨架提取算法，网格划分方法和求解器算法；具体涉及一种基于MRI数据的脑血流自动化分析系统，尤其是一种针对临床医生的三维血流动力学自动化计算流程，本发明中暂不考虑血管壁受力因素，主要通过假设固体壁面条件只针对血流动力学进行分析。从stl模型出发，将网格制作过程和计算过程打包成一个和使用者交互最少的“黑盒子”，整个仿真过程变为影像提取，模型制作，边界定义这三阶段，并且这三个阶段的设置均属于临床医生的专业范畴，仿真门槛将大为降低。

与本发明有关的参考文献有：

[1]Updegrove,A.,Wilson,N.,Merkow,J.,Lan,H.,Marsden,A.L.and Shadden,S.C.,SimVascular-An open source pipeline for cardiovascular simulation,AnnalsofBiomedical Engineering(2016).DOI:10.1007/s10439-016-1762-8